Воздушный солнечный коллектор

Правила выбора распределительных коллекторов

Несмотря на все преимущества распределительных коллекторов, далеко не каждый хозяин решается на установку такого оборудования в своем жилище. Это связано с устройством коллектора отопления и наличием некоторых особенностей, касающихся приобретения и выполнения монтажных работ.

В частности речь идет о следующем:

  • Достаточно высокая цена. В основном стоимость определяется использованием высококачественных металлов при изготовлении коллекторной группы для отопления. Кроме того возникает необходимость приобретения различных дополнительных элементов, арматуры и оборудования. Однако следует помнить, что технология характеризуется высоким качеством и удобством использования, а также способностью достичь максимальной эффективности работы приборов отопления.
  • Необходимость использования циркуляционного насоса и других приборов. Функционирование водяного коллектора для отопления возможно при условии установки насоса в систему, дополнительной арматуры для каждого прибора отопления, различных заглушек и кранов, а также правильно подобранного коллекторного шкафа.
  • Сложность выполнения монтажных работ и их высокая стоимость. Установить оборудование может только квалифицированный мастер, который разбирается в вопросе, для чего нужен коллектор в системе отопления. При этом обязательно потребуется определенное количество времени и соответствующие расходы. Некоторые системы могут устанавливаться и подключаться только на одном из этапов строительства дома, например, система «теплый пол».

Те, кто не считает перечисленные факторы особенно важными, могут отправляться за приобретением распределительного коллектора

Однако к выбору оборудования следует подходить очень внимательно, обращая внимание на материал изготовления и технические параметры системы.

Особое значение при выборе коллектора отопления в сборе имеют следующие характеристики:

Давление системы


Очень важно установить при каких значениях оборудование может безупречно функционировать. Какое количество электрической энергии будет потреблять коллектор. Какое количество приборов отопления планируется подключить к распределительному коллектору. Пропускная способность устройства. Возможность добавления контуров при увеличении количества приборов отопления. Наличие дополнительных элементов контроля и автоматики. Известность завода-изготовителя и отзывы о нем.

Виды и различия солнечных коллекторов

На сегодняшний день распространение среди промышленно изготавливаемых солнечных коллекторов получили два вида систем:

  • плоские солнечные панели;
  • вакуумные (вакуумированные) трубчатые коллекторы.

Плоская солнечная панель

Является распространенным типом солнечного коллектора, используемого в современных системах гелиоэнергетики. Широкое распространение данный тип получил вследствие относительной дешевизны и простоты, как устройства, так и эксплуатации. Недостатком плоских солнечных коллекторов является значительное (до двух раз) понижение КПД в условиях отрицательных температур наружного воздуха.

Конструкция плоского солнечного коллектора.

Конструктивно представляет собой панель с площадью поглощающей поверхности 2-2,5 м2, выполненную из алюминиевых или стальных сплавов. Лицевая часть выполнена в виде листа специального гелиостекла, что обеспечивает максимальное поглощение энергии солнечного света и минимальные потери энергии с отраженными и рассеянными лучами. Непосредственно под гелиостеклом расположен поглотитель, выполняемый в виде плоской трубки из медных или алюминиевых сплавов, имеющих высокий коэффициент теплопередачи.

Трубка, как правило, имеет радиальное оребрение, что значительно повышает коэффициент теплопередачи поглотителя. На поглотитель наносится покрытие с высоким коэффициентом поглощения в спектрах теплового излучения, что повышает общий КПД коллектора. Под поглотителем располагается слой тепловой изоляции, уменьшающий тепловые потери системы в окружающую среду. Необходимая тепловая мощность солнечного коллектора достигается включением нескольких панелей в единую солнечную батарею или коллектор.

Вакуумный (вакууммированный) трубчатый коллектор

Дорогостоящий вид солнечного коллектора вследствие сложного изготовления и ряда преимуществ перед плоскими солнечными панелями. Конструктивно представляет собой ряд парных стеклянных труб, спаянных между собой, из пространства между которыми откачан воздух. Вакуум в пространстве между трубками является прекрасным тепловым изолятором и предотвращает тепловые потери в окружающую среду от теплоносителя. В меньшую трубу вводится медная, алюминиевая или стеклянная трубка поглотителя. Трубы верхней частью вводятся в распределитель, в котором циркулирует теплоноситель. Вакуумные (вакуумированные) трубчатые коллекторы по типу распределителя подразделяются на два типа: с плоской тепловой трубой и прямоточные.

Коллекторы с плоской трубой

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с плоской тепловой трубой — конструкция.

Представляют собой рекуперативный теплообменник, расположенный в распределителе. В этом случае теплопередача от нагретого теплоносителя вакуумной трубы к теплоносителю циркуляционного контура теплоснабжения здания происходит через стенку и теплоносители этих контуров не смешиваются. Преимущества перед прямоточными коллекторами состоят в сохранении высоких показателей работы при температуре окружающей среды до -45оС, возможности замены отдельной вакуумной трубки, вышедшей из строя, без разбора коллектора и прекращения его работы, а также в возможности регулирования угла установки каждой вакуумной трубки в пределах одного коллектора.

Прямоточные коллекторы

Прямоточный вакуумный трубчатый солнечный коллектор — конструкция.

Объединяют циркуляционный и обогревающийся контур. В распределителе проходят подающий и циркуляционный трубопроводы, к которым непосредственно присоединяются вакуумные трубки. Теплоноситель подается в распределитель по подающему трубопроводу, из которого попадает в вакуумную трубку, где проходит обогрев. Нагретый теплоноситель возвращается в обратный трубопровод и уходит непосредственно на нужды теплоснабжения. Преимущества прямоточных коллекторов перед вакуумными состоят в отсутствии промежуточной стенки между теплоносителями, что снижает тепловые потери и в возможности устанавливать коллектор на любых поверхностях под любыми углами, поскольку циркуляция теплоносителя в пределах всего коллектора будет осуществляться насосом.

Преимущества лучевой системы теплоснабжения

При сравнении лучевой системы (когда используется промышленный или самодельный коллектор отопления) с классическими аналогами ее преимущества выглядят следующим образом: 

  • имеется возможность выполнить скрытый монтаж различных элементов оборудования для теплоснабжения строения;
  • отсутствуют места соединений на участке, где произведен монтаж коллектора отопления и вплоть до радиаторов отопления;
  • несложные работы по установке составляющих элементов, в результате чего работу можно выполнить самостоятельно, не имея соответствующих навыков. В процессе монтажа число соединений минимально и сборка выполняется в кратчайшие сроки; 
  • стабильная работа системы обусловлена невозможностью гидравлических ударов, что актуально для хозяев, решивших установить дорогие отопительные приборы;
  • быстрая замена пришедших в негодность элементов, например, трубопроводов, без проведения сложных монтажных работ и разрушения поверхности бетонной стяжки. Достаточно будет отключить луч, нуждающийся в ремонте, и устранить появившийся дефект, не отключая системы теплоснабжения;
  • доступная стоимость оборудования и комплектующих изделий;
  • упрощенный монтаж;
  • проектировка системы выполняется в кратчайшие сроки на основе вычислений ее параметров, включая расчет коллектора отопления;
  • совместимость с другими источниками тепловой энергии, в том числе альтернативными. 

О самостоятельном монтаже коллектора для отопления на видео:

Отопление с помощью солнечных батарей

В странах, где две трети дней преимущественно ясные, устанавливают солнечные батареи. Эти устройства работают на основе фотоэффекта и переводят энергию солнца в тепло.

Принцип действия

Это оборудование делится на автономное и функционирующее от сети электропитания. Первые накапливают энергию в аккумулирующих устройствах, что позволяет продолжать обогрев в отсутствие света. Приборы второй категории через специальный инвертор подсоединяются к электросети. Это оборудование довольно надежное, но приостанавливает работу в случае отсутствия электроэнергии.

Плюсы и минусы

Использование солнечных батарей помогает обеспечить бесперебойную работу систем пожарного оповещения, охранного слежения и конструкции отопления.

Они экологичны, износоустойчивы и функционируют бесшумно.

К недостаткам относят низкую производительность, особенно в умеренном и прохладном климате. Первоначально оборудование требует больших вложений, окупается долго, необходимо большое количество вспомогательной техники и квалифицированное обслуживание.

Популярные производители

Лучшие мировые разработчики солнечных батарей:

  • Sharp (Япония);
  • First Solar (США);
  • Suntech Power Ко (Китай);
  • Trina Solar (КНР);
  • Yingli Green Energy (Китай).

Миф первый: плоские коллекторы прочнее вакуумных

Качественные плоские коллекторы немецкого производства являются довольно прочными и легко выдерживают град и тому подобные внешние воздействия. Но при желании, конечно, разбить их можно. То же самое можно сказать и о качественных вакуумных коллекторах. На практике замена стеклянных трубок на установленных вакуумных коллекторов применяется довольно редко, поскольку качественные трубки являются очень прочными и рассчитаны на долгий срок службы

Обратите внимание на видео ниже, где показано испытание вакуумной трубки на прочность куском льда, имитирующем град. Это показательный пример

А вот такой же пример с использованием стального шарика.


Также следует помнить, что в случае повреждения плоского коллектора его обычно следует менять, что является дорогостоящей и сложной задачей. При повреждении нескольких стеклянных трубок вакуумного коллектора, он все равно продолжит работать, а трубки в последующем можно заменить. Обычно при установке вакуумных коллекторов предусматривается каким образом будет проводиться замена трубок в случае их повреждения и завершения обычного срока службы (15 лет).

Установка системы

Устанавливать коллекторную систему необходимо еще на стадии проектирования и строительства частного дома. Поскольку после укладки финишного напольного покрытия монтирование этой системы крайне нецелесообразно и трудоемко. Единственный способ установки — открытый монтаж.

Монтаж гребенки

При горизонтальной разводке отопительной системы для установки регулировочного оборудования, циркуляционного насоса и распределительного узла потребуется коллекторный шкаф. Его размещают в нишах помещений, которые защищены от влаги. Как правило, для этого оборудуют место в кладовке, гардеробной или прихожей.

Во время организации отопления двухэтажного дома необходимо разместить несколько коллекторных групп, по одной на этаж. Дополнительные распределительные гребенки дадут возможность создать примерно одинаковую длину контура.

В качестве варианта можно выбрать схему, когда первая группа отвечает за подачу теплоносителя по отдельным контурам, а другая является основным элементом во время устройства «теплого пола».

Число входов и выходов распределительного узла всегда должно равняться количеству находящихся на этаже отопительных приборов. Для каждого помещения необходимо проложить свою ветку, которая, соединив собой несколько радиаторов, сможет реализовать тупиковую либо попутную систему.

Чтобы снизить затраты на подсоединение отопительных батарей, используют «проходную» систему. Во время установки этой схемы несколько последовательно соединенных между собой радиаторов воспринимаются как единый элемент.

Способы укладки

Во время коллекторной разводки, как правило, используют способ монтажа трубопровода в цементную стяжку. При этом толщина стяжки делается в районе 60−70 мм, этого вполне хватает для «замоноличивания» разводки. Однако с учетом СНиП монтировать в цементное основание можно лишь цельные соединения, для чего зачастую применяют металлопластиковые трубы сечением 15 мм. Благодаря тому, что они эластичны, трубопровод можно с легкостью укладывать под полом.

Если решено после запрессовки системы залить трубопровод стяжкой, то нужно перед этим обернуть трубы теплоизоляцией. Эта прослойка даст возможность минимизировать риск повреждения трубопровода под воздействием теплового расширения, так как трубы начнут «тереться» не о цементную стяжку, а о теплоизоляцию. Поверх стяжки необходимо уложить фанеру, а после сделать финишное напольное покрытие.

Также трубопровод может проводиться к батареям отопления сверху, к примеру, под подвесным потолком. Некоторые специалисты часто укладывают трубы наружным методом, устанавливая их вдоль стен и маскируя декоративными плинтусами. Однако этот вариант укладки неминуемо повлечет увеличение длины трубопроводной магистрали.

Трубы не советуют проводить под проемами дверей: в процессе монтажа дверного порога во время сверления труба может повредиться. Если трубы необходимо прокладывать сквозь стены, то, чтобы не допустить их деформации во время усадки дома, в отверстия вставляют гильзы.

На каждую выходящую от гребенки распределительную цепь отдельно нужно установить запорную арматуру. Чтобы можно было спускать скопившийся воздух, устанавливают:

  • на батареях отопления — краны Маевского;
  • на гребенке — воздуховыпускные вентили.

За счет того, что выходящая после распределительного узла каждая отопительная цепь является независимой системой, ее удобно применять во время организации «теплых полов».

Коллекторная схема отопления идеальна в плане эффективности. Автономная подача подогретой от котла воды в каждую батарею дает возможность создать комфортный микроклимат в каждом отдельном помещении. Высокая, в отличие от традиционных систем отопления, цена немного сдерживает популярность этого вида обогрева дома, но если деньги позволяют, то отопление с помощью коллекторной системы — это наилучший вариант.

Устройство и принцип работы солнечного коллектора

По своему устройству солнечный коллектор противоположен радиатору системы отопления. Если стенки радиатора нагреваются от теплоносителя, то в коллекторе, наоборот, теплоноситель нагревается от стенок.

Сами же стенки, в свою очередь, нагреваются за счет поглощения солнечного тепла (их окрашивают в черный цвет), в силу чего эту часть коллектора обычно называют абсорбером.

Гелиосистема в автономной системе отопления


Материал абсорбера должен обладать высокой теплопроводностью, поэтому в домашних условиях его следует делать из меди или алюминия. В коллекторах заводского изготовления абсорбер выполняют из особых сплавов, для которых характерна не только высокая теплопроводность, но и малая интенсивность инфракрасного излучения.

Площадь контакта теплоносителя с абсорбером по понятным причинам целесообразно делать как можно большей, поэтому последний обычно оснащают ребрами или аналогичными конструктивными элементами.

Приспособления для создания коллекторного узла

В обычный стандартный распределительный узел включают устройства для эффективной работы:

  • Смесительный клапан для установления температуры теплой воды;
  • Насос для поднятия давления в системе;
  • Клапаны балансировки и запора ;
  • Коллектор для входа и выхода;
  • Терморегуляторное устройство с контрольным датчиком;
  • Манометры для определения давления в сети;
  • Приборы удаления пузырьков воздуха из системы отопления;
  • Соединительные элементы для различных диаметров труб.

Особенности двухходового клапана

В отопительной системе термическое приспособление производит контроль поступающего теплоносителя в каждый конкретный контур по заданной программе. Если показатель не соответствует параметрам, клапан закрывается и прекращается подача теплой жидкости.

При остывании воды в системе через клапан подается большее количество теплой жидкости. Подача воды через обратный клапан производится в постоянном режиме, изменяется только подача на подающем входе.

Из-за низкой скорости клапана он подает воду плавно, без резких подъемов активности. Двухходовые клапаны наиболее распространены в отопительных система, но ограничением для их установки является площадь дома, которая не должна превышать 200 квадратных метров.

Проходные клапаны забиваются, их нужно снимать для чистки, поэтому рекомендуется не приваривать, а соединять их с системой при помощи разъемной муфты.

Действие трехходового клапана

Ход работы клапана отличается тем, что он смешивает воду от обратной и прямой подачи в байпасе внутри него самого. С помощью перпендикулярной перегородки, расположенной внутри клапана, регулируется подача теплой воды из двух труб, таким образом, изменяется температура воды до заданной по параметрам.

Такой клапан признан универсальным, его использование оправдано при установке в системы отопления со сложными схемами и наличием большого числа контуров, работа которых регулируется автоматически.

Работа клапана может привести к резкому изменению температуры, если в смесительную полость попадет теплая или холодная вода. Пропускная способность прибора является высокой, и даже небольшое прокручивание крана может привести к изменению температурного режима в системе.

Трехходовые клапаны часто совмещают в работе с сервоприводами, для соответствия температуре отопления наружным показателям воздуха.

Датчики погоды

Если на улице наступает резкое похолодание, то и вода в системе будет остывать быстрее. Метеорологические датчики, подключенные к системе теплого пола, подают сигнал о необходимости усиления нагрева и температура энергоносителя увеличивается.

Вручную тоже можно подкручивать вентиль, но это делать затруднительно, лучше довериться электронике, которая проверяет состояние соответствия каждую минуту и меняет положение вентиля в нужном диапазоне. Ставят также датчики, которые понижают подачу воды в систему, если жильцы отсутствуют дома.

Сделав коллектор своими руками, вы приобретете прибор, который полностью подходит для индивидуального отопления именно этого дома. Да и средств он сэкономит немало.

Чем отличается воздушный коллектор

Вполне очевидно, что главным отличием коллектора является используемый им в работе теплоноситель – в данном случае обыкновенный атмосферный воздух. В принципе, такое устройство выполняется сегодня в двух вариантах:

  • в виде плоской перфорированной или гофрированной панели;
  • в виде системы металлических труб, хорошо проводящих тепло.

Воздух здесь подогревается при контакте с металлом, а ребра на поверхности панели при этом лишь увеличивают теплоотдачу. Всю конструкцию желательно установить на южной стене здания, а также качественно теплоизолировать. Характерно то, что циркуляция теплоносителя бывает естественной и принудительной (с использованием вентиляторов).

Воздушные коллекторы могут работать при значительно меньшей температуре, чем жидкостные. К примеру, в обычной гелиосистеме оптимальная температура для работы коллектора – 50°С и выше, в то время как воздушным хватит и 25°С. Это позитивно сказывается на эффективности описываемых нами устройств, ведь чем ниже температура, тем меньшие теплопотери.

Вакуумный коллектор

Принцип работы воздушного солнечного коллектора

Воздушный солнечный коллектор – одно из самых простых устройств. Его работа основана на принципах, знакомых всем нам с детства.

Парниковый эффект. Лучи солнца могут свободно проникать через прозрачные покрытия, будь то стекло, поликарбонат или что-то другое. Но тепло, которое они принесли, не может выбраться наружу из закрытого пространства. Именно поэтому строят теплицы. Теплый воздух легче. Всегда нагретый воздух поднимается, а холодный – опускается к полу. Именно по этой причине обогреватели размещают снизу.

Это два основных принципа, на которых организована работа воздушного солнечного коллектора для дома.

Что это такое?

Воздушный солнечный коллектор для дома состоит из поглощающей панели, трубок, через которые будет циркулировать воздух, и вентилятора, отвечающего за движение воздушных масс. Конечно, все это нужно прикрепить к помещению, которое нуждается в подогреве.


Воздушный солнечный коллектор для обогрева дома

Можно также с помощью труб сделать систему для обогрева всего дома, если коллектор достаточно мощный.

Потом размещается полотно абсорбера. Обычно его изготавливают из меди или алюминия и покрывают селективным покрытием, которое помогает собрать больше энергии. Для поглощающего полотна главное – теплопроводность конструкции.

Сверху размещается прозрачное покрытие, которое должно защищать абсорбер от погодных условий и различных ударов. Конечно, лучшим вариантом будет стеклопакет. Есть много более дешевых вариантов, но стеклопакет обеспечит максимальный КПД, который сделает возможным обогрев даже в Сибири.

Хотя нельзя отрицать пользу поликарбоната. Многие выбирают покрытия именно из поликарбоната. Он стоит дешевле, но мало в чем уступает лучшим вариантам.

Воздух может двигаться через поглотитель благодаря естественной циркуляции (теплый вверх, холодный вниз).

Устройство воздушного солнечного коллектора

Но иногда в таких случаях воздух движется слишком медленно и большинство накопленного тепла уходит в атмосферу вместо отопления дома, тогда можно добавить несколько труб.

Это не экономично, поэтому в таких случаях к системе присоединяют вентилятор, можно с помощью труб. Он гонит воздух гораздо быстрее и вся полученная энергия передается в систему для отопления. Но в этом случае нужны дополнительные затраты – вентиляторы потребляют электроэнергию. Обычно такие солнечные коллекторы просто встраивают в крыши или стены зданий, что повышает их КПД (коэффициент полезного действия).

Но не нужно забывать, что воздух проводит тепло гораздо хуже, чем жидкость. Поэтому эффективность у воздушного коллектора будет гораздо ниже, чем у плоского варианта для отопления. Воздух лучше всего направлять между поглощающей пластиной и теплоизоляцией, без труб. Прозрачное защитное покрытие, размещенное впереди, вызывает большие теплопотери. Правда, это не касается поликарбоната. Но если не нужно нагревать воздух для отопления больше, чем на 17 градусов (по сравнению с окружающей средой), то можно пускать циркуляцию с обеих сторон полотна. Но если окружающая среда слишком низкой температуры, например, в Сибири, результат будет хуже. Если воздушный коллектор хорошего качества, он может прослужить до 20 лет.

Воздушные солнечные коллекторы, установленные на фасаде здания

Изготовление прибора из водосточных труб

Такой прибор уж точно лучше сделать на всю стену. Осенью и весной он поможет вам существенно сэкономить на отоплении. Материалы подбирайте, учитывая габариты будущей конструкции.

Что потребуется в работе

  1. Доска толщиной 3,5–4 см.
  2. Хомуты для крепления.
  3. Минвата для утепления.
  4. Влагоустойчивая фанера толщиной не более 1 см (на заднюю стенку).
  5. Лист алюминия небольшой толщины.
  6. Алюминиевые водосточные трубы (желательно с прямоугольным сечением – так будет удобнее).
  7. Пенополистирол – с его помощью вы изолируете торцевые поверхности.

Технология изготовления

Для создания коллектора выполните следующие процедуры.

Первый этап. Сначала сделайте небольшой деревянный короб в виде открытого ящика. Его глубина должна быть чуть больше высоты водопроводных труб.

Сначала сделайте небольшой деревянный короб в виде открытого ящика

Второй этап. Надежно изолируйте заднюю и торцевые стенки. Поверх минеральной ваты уложите алюминиевый лист, к которому, в свою очередь, хомутами прикрепите трубы.

По краям трубы фиксируйте деревянной перегородкой, где предварительно проделайте крепежные отверстия в соответствующих местах.

Третий этап. Ввиду того что входное и выходное отверстия будут находиться с одной стороны конструкции, проделайте на противоположной стороне несколько деревянных перегородок для того, чтобы разделять потоки воздуха.

Четвертый этап. После монтажа окрасьте коллектор в черный цвет. Для передней панели отлично подойдет сотовый поликарбонат.

Сотовый поликарбонат

Затем подключите коллектор к вентиляции здания посредством утепленных воздуховодов. Также позаботьтесь о канальном вентиляторе, который будет нагнетать воздух в помещение.


С этим читают